Цифровой следящий астатический фазометр

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ рн, 993 И2

Совез Советския

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное и авт, свид-ву— (22) Заявлено 260831 (21) 3331069/18-21

Р )М g+ з

6. 01 R 25/08 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам. изобретений и открытий

Опубликовано 3001.83. Бюллетень ¹ 4

Дата опубликования описания 30.0183 (33) УДЫ 621 ° 317.. 373(088. 8) j А.М. Агафонников

4 с

Всесоюзное морское научно-производствфиное ,геолого-геофизическое объединение по У разведке нефти и газа (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ СЛЕДЯЩИЙ АСТАТИЧЕСКИЙ ФАЗОМЕТР

Изобретение относится: к злектри=т ческим измерительным устройствам. и может быть использовано для измерения разности фаз, например, непре-. рывно изменяющейся в пределах значительно больше полного угла (360 ), в условиях воздействия шумов и флуктуационных помех, например в приемоиндикаторных фазовых радиогеодезических и радионавигационных снстем.—

Известны цифровые фазометры выборочных значений, в которых повышение помехоустойчивости достигается усреднением отсчетов по ряду выборок с .постоянным измерительным временем (1-J.

Недостатком фазометров является . сложность получения следящего рода работы, а также большие ошибки ripH измерении непрерывно изменяющейся разности фаз. 20

Известен цифровой следящий фазометр (ЦСФ), содержащий формирователь интервалов, генератор счетных (квантуки4их) и""ульсов д "ители ревер вный и 25 линейный счетчики и блок вычитания— йли ключи параллельного переноса содержимого реверсивного счетчика в ли-нейный в дополнительном коде, которые обеспечивают непрерывное измерениеразности фаз, изменяющейся в пределах, значительно превышающих 360o (предел измерений ограничен емкостью ревер-. сивного счетчика целых циклов, являющегося составной частью ЦСФ ) (2).

Известный фазометр обладает некоторой помехоустойчивостью благодаря. ограниченной скорости отработки, однако при воздействии на входные сигналы шумов и помех, которые вызывают флуктуации мерного интервала, отсчеты в них также флуктуируют, особенно в области низких частот, что снижает их точность. !

Цель изобретения — повышение точности цифрового следящего фазометра в условиях воздействия флуктуационных шумов и помех.

Указанная цель достигается тем, что в ЦСФ, содержащий генератор квантующих импульсов, подключенный к формирователю пакетов импульсов и к последовательно соединенным делителям на M и íà N, реверсивный и линейный счетчики по модулю N, подключенные к блоку вычитания содержньих реверсивного счетчика из линейного, второй делитель на М, включенный между формирователем пакетов импульсов и линейным счетчиком, два ключа ввода приращений в реверсивный счетчик, 993152 блок задержки на один такт, подключенный к входу сброса содержимого линейного счетчика, дополнительно введены сумматор-накопитель, один вход которого через первый ключ ввода в сумматор соединен с выходом бло- 5 ка вычитания, а первая пара выходов с первыми входами элементов совпадений, причем управляющий вход ключа соединен с входом блока задержки и выходом делителя на N, пороговые I0 элементы с дискриминаторами знака, входы которых соединены с второй парой выходов сумматора-накопителя, а выходы через элементы совпадений с первыми входами ключей ввода приращений, вторые входы которьгх соединены с выходом блока задержки, вто рой блок задержки на один такт, блок хранения константы затухания, соединенный с другими входами сумматоранакопителя через второй и третий ключи. ввода в сумматор, управляющие входы которых соединены с выходами элементов совпадений и второго блока задержки и, вход которого соединен с выходом первого блока задержки.

На фиг. 1 приведена схема фазометра; на фиг. 2 и 3 — переходные характеристики устройства.

Устройство содержит генератор 1, формироватепь 2, делители 3 — 5, блоЗО ки 6 и 7 задержки, счетчики 8 и 9, блок 10 вычитания иэ содержимого счетчика 8, ключи 11, 17 и 19, 18 и

20, являющиеся соответственно первым, вторым и третьим ключами ввода в сумматор-накопитель 12 и ключами ввода приращений в счетчик 9, пороговые элементы 13 и 14 соответственно для отрицательного и положительного содержимого сумматора 12, потенциаль-40 ные элементы 15 и 16 совпадений, блок 21 хранения кОнстанты С в прямом и дополнительном кодах.

Устройство работает следующим образом.

В формирователе 2 создаются пакеты квантующих импульсов, количество которых в пакете пропорционально разности фаэ входных сигналов. Эти пакеты через делитель 3 подаются на вход счетчика 8. Импульсы с выхода генератора 1 одновременно поступают через делитель 4 на делитель 5, и на выходе последнего образуются управляющие импульсы. Отсчет разности фаэ формируется в счетчике 9 следующим образом. Пусть содержимое счетчика 8 m(m4N ), содержимое счетчика

9 п(паяй ) отношение длительности пакета к периоду входных сигналов а; частота следования импульсов генератора 1 f . .Тогда частота следования управляющих импульсов на выходе делителя 5 будет F=f /HN, а период

ТМЙ/f. М выбирается так, чтобы F 65 была ниже наименьшей возможной частоты входных сигналов, а выбирается из условия, чтобы г/N была выше наивысшей возможной частоты сигналов.

Управляющий импульс с выхода делителя 5, воздействуя на ключ 11, производит занесение .разности m-n (по мо- дулю N), образовавшейся в вычитающем устройстве 10, в сумматор 12, где она добавляется к содержимому сумматора 12, .а затем, пройдя через блок 6 задержки, производит очистку счетчика 8. После этого счетчик считает импульсы с выхода делителя 3.

К гломенту прихода следующего управляющего импульса в счетчике накопится m= - àfT/N = ай импульсов. При кратности частот входных сигналов и генератора 1 это соотношение выполняется точно, при некратности статистически. Если и ф m, каждый управляющий импульс заносит в сумматор 12 разность m-и (с ее знаком).

Как только его содержимое превысит заданный порог, на выходе пороговых элементов 13 или 14 (в зависимости от знака содержимого ) появляется разрешающий потенциал, прикладываемый к ключам 15 или 16, на второй вход этих ключей поцается потенциал его знаковых выходов сумматора 12, так что в зависимости от знака открыт ключ 15 или 16. Выходные потенциалы .последних открывают ключи либо 17 и 18 (при положительном знаке содержимого сумматора ), либо 19 и 20 (при отрицательном знаке ), Управляющий импульс с выхода схемы 6 задержки, пройдя через открытый ключ 18 или 20, занесет в счетчик 9 положительное или отрицательное приращение, приблизив к m его содержимое и.

Содержимое сумматора будет возрастать до тех пор, пока количество введенных приращений не сделает n=m.

Однако, если в систему не ввести затухание, то возникнет колебательный процесс — n будет колебаться вокруг m как центрального значения. Для устранения этого явления содержимое аккумулятора после занесения в него разности m-n и сформирования импульса приращения в счетчик 9, уменьшается по абсолютной величине на некоторую константу С, значение которой хранится в блоке 21 и вводится в сумматор 12 через ключи 17 и 19 в ,прямом и дополнительном коде при воздействии разрешающего потенциала с выхода одного иэ элементов 15 или

16 совпадений и уйравляющего иглпуль-. са прошедшего через блоки 6 и 7 задержки.

Работу устройства можно пояснить графически, построив его переходную характеристику — зависимость содержимого счетчика 9 и сумматора 12 от

993152

10 р 4 С(С+1 )/4

20

30

Формула изобретения

65 щений, вторые входы которых соедивремени нри скачкообразном изменении входной разности фаз (фиг. 2 ). Та.— кая же зависимость при фиксированной максимальной скорости нарастания разности фаз. Эта скорость равна F частоте поступления. управляющих импульсов с выхода делителя 5 (фиг.3)

Пусть, например, порог равен 8 единицам,. принятым для.измерения разности фаз, константа затухания С 4.

Номера моментов по оси времени с соответствуют последовательным моментам поступления управляющих импульсов, заносящих приращения в счетчик 9. .В исходном состоянии устройство находится в равновесии (m=n ). Пусть в момент с=О входная разность фаз изменилась скачком на 5 единиц (фиг. 2) . Тогда m-n= 5 и в сумматор

12 будет занесена эта величина.

Поскольку 5 меньше порога, отработки, не будет. В момент с=1 следующий управляющий импульс заносит в сумматор 12 снова m-n = 5, происходит превышение порога, в счетчик 9 заносится 1 и становится m-п=4, в момент

t-1, 5 вводится затухание и содержимое сумматора 12 становится 10-4=6, В момент t=2 в сумматор снова заносится m-n равная теперь 4, снова превышается порог, в счетчик 9 заносится еще 1, так что теперь становится m-п=3, в момент t=2, 5 снова вносится затухание С = 4 и т.д. Когда m-n=0, отсчет содержимое счетчика 9 равен разности фаз входных сигналов. Если флуктуации не выходят эа порог, то они не влияют на отсчет, изменения отсчета на 11 могут вызвать лишь большие флуктуации, ред" ко встречающиеся. Таким образом, помехоустойчивость фазометра заметно повышается.

При изменении входной разности фаз с постоянной максимальной скоростью (фиг. 3 ) разность m - -n возрастает с каждым шагом на 1, содержимое сумматора 12 возрастает как сумма арифметической прогрессии до достижения порога. Как только достигнут порог, в счетчик 9 поступает. единичное приращение, уменьшающее разность m-n на 1, а из содержимого сумматора 12 вычитается константа

C=4 (момент t =4,5 )„ после этого наступает динамическое- равновесие, содержимое счетчика 9 ак же и с той же скоростью возрастает, а содержимое сумматора 12 колеблется вокруг порогового значения, то возрастая на величину m-п=4, то убывая на величину C-=4, Между отсчетом (в счетчике 9 ) и входной разностью фаз существует постоянное запаздывание в 3-4 единицы, т.е фаэометр ведет себя как следящая система с астатизмом первого порядка. Таким35

60 образом, реверсивный счетчик 9 будет отрабатывать разность фаз входных сигналов, причем при переходах через О или 360 будут вырабатываться выходные импульсы переноса соответствующего знака в счетчик целых циклов.

Поскольку содержимое сумМатора

12 при максимальной скорости отработки возрастает как сумма арифметической прогрессии, можно установить связь между величиной порога р и константой затухания С:

Таким образом, выбранное для

-примера значение порога р=8 завышено, и при смене направления изменения разности фаз может возникнуть неустойчивость.

Предлагаемая схема позволяет получать помехоустойчивые цифровые фазометры в микроэлектронном исполнении, при этом она обеспечивает измерение разности фаз, изменяющейся в самых широких пределах, Цифровой следящий астатический фазометр, содержащий генератор квантующих ймпульсов, подключенный к формирователю пакетов импульсов и к последовательно соединенным делителям на И и на N, реверсивный и линейный счетчики по модулю N, подключенные к блоку вычитания содержимых реверсивного счетчика из линейного, второй делитель на И, включенный между формирователем пакетов импульсов и линейным счетчиком, два ключа ввода приращений в реверсивный счетчик, блок задержки на один такт, подключенный к входу сброса содержимого линейного счетчика, о т л и ч а ю шийся тем, что с целью повышения точности в условиях воздействия флуктуационных шумов и помех, в него дополнительно введены сумматор-накопитель, один вход которого через первый ключ ввода в сумматор соединен с выходом блока вычитания, а первая пара выходов — с первыми входами элементов совпадений, причем управляющий вход ключа соединен с входом блока задержки и выходом делителя на й, пороговые элементы с дискриминаторами знака, входы которых соединены с второй парой выходов сумматора-накопителя, а выходы через элементы совпадений — с первыми входами ключей ввода прира993152 иены с выходом блока задержки, второй блок задержки на один такт, блок хранения константы затухания, соединенный с другими входами сумматоранакопителя через второй и третий ключи ввода в сумматор, управляющие входы которых соединены с выходами злементов совпадений и второго блока задержки, вход которого соединен с выходом первого блока задержки.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Глинченко A.ñ. и др. Цифровые методы измерения сдвига фаз. Ново; сибирск, "Наука", 1979, с. 23-29.

2. Авторское свидетельство СССР

У 661399, кл. G 01 и 25/00г 1977.

993152

10

Заказ 448/60 Тираж 708

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель A. Подорольский

Редактор A Фролова Техред N.Íàäü Корректор О. Билак